CN208767836U - 一种电池管理*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种户用储能电池管理***，该***能实时监测储能电池电压、温度和电流，估算电池荷电状态、健康状态和充放电电量，对电池异常和***故障发出报警和保护，均衡单体电池能量，与变流器和监控后台通信，确保户用储能***安全、稳定运行。实用新型有益的效果是：本实用新型集成了电池参数监测、电池能量状态计算、报警和保护、电池组均衡和通信功能，功能全面，结构简单，成本低，满足了户用储能***可靠性高、成本低的要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电池管理***，尤其是一种户用储能电池管理***。
背景技术
国内外户用分布式光伏***的发展推动了户用储能技术的进步，目前户用储能***主要以锂离子电池作为储能元件，要配备电池管理***来保证整个***安全、可靠运行。户用储能电池管理***技术目前还处在起步阶段，技术不成熟。
常见的车用或储能电站用的锂离子电池管理***多为二级或三级架构，***复杂，成本高。小型锂电代步车配备的电池保护板功能单一、可靠性差。上述电池管理***不满足户用储能的高可靠性和高安全性要求。
发明内容
本实用新型要解决上述现有技术的缺点，提供一种户用储能电池管理***，该***能实时监测储能电池电压、温度和电流，估算电池荷电状态、健康状态和充放电电量，对电池异常和***故障发出报警和保护，均衡单体电池能量，与变流器和监控后台通信，确保户用储能***安全、稳定运行。
本实用新型解决其技术问题采用的技术方案：这种电池管理***，包括电池组，其特征是：数据采集模块一端与电池组连接，数据采集模块的输出端与微处理器连接；均衡模块的输入端与微处理器连接，另一端与电池组连接；电源模块一端与电池组组端连接，另一端分别与微处理器、数据采集模块、均衡模块、通信模块连接；显示模块与微处理器连接；保护模块一端与电池组主回路连接，另一端与微处理器连接；通信模块与微处理器连接。
所述数据采集模块包括AD芯片，AD芯片分别连接电流采集电路、电压采集电路、温度采集电路，电流采集电路通过电流传感器与电池组连接，温度采集电路通过温度传感器与电池组连接，电压采集电路直接与电池组连接，AD芯片供电接口与电源模块连接，数据传输接口与微处理器连接。电压采集模块用于采集电池组中单体电池的电压。通过微控制器数据接口来选择要采集的单体电池，输出为单体电池电压的模拟量，由于内部己经对信号做了电平转换，所以输出可以直接进行AD量化编码。温度采集模块是对电池组中每节电池的温度进行采集。电流采集模块用来采集电池组充电或者放电过程中回路电流。
作为优选，微处理器还与SD卡模块相连接，用于微处理器内***升级。
微处理器（MCU）用于选通读取任意单体电池电压，并且读取电流采集模块输出的信号与温度采集模块输出的信号，采集到的信号都是模拟量的电压信号。微处理器首先会对这些采集到的信号进行AD转换。微处理器根据采集到的电压、电流、温度数据，实时计算电池的SOC、SOH、充放电电量，用于评估电池组能量状态。微处理器控制均衡模块，在电池组一致性超出阈值时启动，及时改善电池组性能。微处理器模块还控制显示模块，并且与通信模块连接，实现与外部管理***进行数据交换。最后与保护模块连接，控制电池组充放电回路通断，实时保护电池组，监测电池组是否处于短路保护状态，并且可以限时复位***。
均衡模块与电池组连接，为每节电池并联了一路均衡通道，均衡方式为功率电阻结合MOS开关管的能量耗散模式，结构简单，避免了主动均衡方式存在的误均衡导致电池损坏的风险；均衡模块控制端与微处理器连接，当电池组电池一致性超出阈值时，微处理启动均衡模块对能量较高的电池进行放电。
电源模块是DC/DC型功率变换电路，其作用是将电池组总电压降为***工作需要的电压，并为***工作提供稳定可靠的输出电压。电源模块将电池组电压变换为多路5V和3.3V后，分别输出给MCU、采集模块、通讯模块和SD卡模块。
保护模块在单体电池出现过充、过放、过流、短路、温度过高或过低等情况，根据MCU发出的控制信号，控制电池组的充放电回路通断实现保护。控制主回路的开关采用大功率的直流接触器，触点隔绝空气密封，使用寿命长。MCU实时监测短路保护状态，如果处于短路保护状态，可以通过复位按钮对***进行复位。
通信模块设计了三种通信电路，分别为CAN、RS485和无线通信，以适应外部管理***的不同通信要求。通过这些通信接口可以对管理***的内部参数进行设置，并且可以实时与PCS、其他管理***通信，告知当前电池组的状态。其中，CAN用于与其他管理***或PC机通信，用于传输数据或烧写程序；RS485用于与PCS通信，传输控制指令和状态数据；无线通信用于与服务器通信交换数据。通信模块通过通信接口板与外部连接。
显示模块主要由LED指示灯和分压电阻组成，包括4个不同颜色的LED灯，分别用于指示***故障、充电状态、放电状态和待机状态。当***出现报警和保护时，红色LED灯亮；***处于充电状态时，绿色充电LED灯亮；***处于放电状态时，绿色放电LED灯亮；***处于待机状态时，蓝色LED灯亮。
实用新型有益的效果是：本实用新型集成了电池参数监测、电池能量状态计算、报警和保护、电池组均衡和通信功能，功能全面，结构简单，成本低，满足了户用储能***可靠性高、成本低的要求。
附图说明
图1是***电路结构图；
图2是数据采集模块电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
这种电池管理***，包括电池组，其特征是：数据采集模块一端与电池组连接，数据采集模块的输出端与微处理器连接；均衡模块的输入端与微处理器连接，另一端与电池组连接；电源模块一端与电池组组端连接，另一端分别与微处理器、数据采集模块、均衡模块、通信模块连接；显示模块与微处理器连接；保护模块一端与电池组主回路连接，另一端与微处理器连接；通信模块与微处理器连接。
所述数据采集模块包括AD芯片，AD芯片分别连接电流采集电路、电压采集电路、温度采集电路，电流采集电路通过电流传感器与电池组连接，温度采集电路通过温度传感器与电池组连接，电压采集电路直接与电池组连接，AD芯片供电接口与电源模块连接，数据传输接口与微处理器连接。AD转换芯片为德州仪器的十六位ADS1110芯片。
电压采集模块用于采集电池组中单体电池的电压，通过I2C数据接口来选择要采集的单体电池，输出为单体电池电压的模拟量，由于内部已经对信号做了电平转换，所以输出可以直接进行AD量化编码。温度采集模块是对电池组中每节电池的温度进行采集，温度传感采用负温度系数的热敏电阻(NTC)。电流采集模块用来采集电池组充电或者放电过程中回路电流，采用分流器采集，精度高，低偏移，输出范围为0～75mV模拟量，所以经过放大后进行AD转换。
微处理器还与SD卡模块相连接，用于微处理器内***升级。
微处理器（MCU）为飞思卡尔的MC9S12XET256芯片，输入电源为5V，通过I2C接口与电压采集模块连接，用于选通读取任意单体电池电压，并且读取电流采集模块输出的信号与温度采集模块输出的信号，采集到的信号都是模拟量的电压信号。微处理器首先会对这些采集到的信号进行AD转换。微处理器根据采集到的电压、电流、温度数据，实时计算电池的SOC、SOH、充放电电量，用于评估电池组能量状态。微处理器控制均衡模块，在电池组一致性超出阈值时启动，及时改善电池组性能。微处理器模块还控制显示模块，并且与通信模块连接，实现与外部管理***进行数据交换。最后与保护模块连接，控制电池组充放电回路通断，实时保护电池组，监测电池组是否处于短路保护状态，并且可以限时复位***。
均衡模块与电池组连接，为每节电池并联了一路均衡通道，均衡方式为功率电阻结合MOS开关管的能量耗散模式，结构简单，避免了主动均衡方式存在的误均衡导致电池损坏的风险；均衡模块控制端与微处理器连接，当电池组电池一致性超出阈值时，微处理启动均衡模块对能量较高的电池进行放电。
电源模块是DC/DC型功率变换电路，其作用是将电池组总电压降为***工作需要的电压，如5V，并为***工作提供稳定可靠的输出电压。***的电源由整组电池提供，按照16串的磷酸铁锂电池来计算，总电压最高可以达到59.2V左右。电源模块将59.2V电压变换为多路5V和3.3V后，分别输出给MCU、数据采集模块、通信模块和SD卡模块。
保护模块在单体电池出现过充、过放、过流短路、温度过高或过低等情况，根据MCU发出的控制信号，控制电池组的充放电回路通断实现保护。控制主回路的开关采用大功率的直流接触器，触电隔绝氧气密封，使用寿命长。MCU实时监测短路保护状态，如果处于短路保护状态，可以通过复位按钮对***进行复位。
通信模块设计了三种通信电路，分别为CAN、RS485和无线通信，以适应外部管理***的不同通信要求。通过这些通信接口可以对管理***的内部参数进行设置，并且可以实时与PCS、其他管理***通信，告知当前电池组的状态。其中，CAN用于与其他管理***或PC机通信，用于传输数据或烧写程序；RS485用于与PCS通信，传输控制指令和状态数据；无线通信用于与服务器通信交换数据。通信模块通过通信接口板与外部连接。
显示模块主要由LED指示灯和分压电阻组成，包括4个不同颜色的LED灯，分别用于指示***故障、充电状态、放电状态和待机状态。当***出现报警和保护时，红色LED灯亮；***处于充电状态时，绿色充电LED灯亮；***处于放电状态时，绿色放电LED灯亮；***处于待机状态时，蓝色LED灯亮。
除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。
Claims (3)
1.一种电池管理***，包括电池组，其特征是：数据采集模块一端与电池组连接，数据采集模块的输出端与微处理器连接；均衡模块的输入端与微处理器连接，另一端与电池组连接；电源模块一端与电池组组端连接，另一端分别与微处理器、数据采集模块、均衡模块、通信模块连接；显示模块与微处理器连接；保护模块一端与电池组主回路连接，另一端与微处理器连接；通信模块与微处理器连接。
2.根据权利要求1所述的电池管理***，其特征是：所述数据采集模块包括AD芯片，AD芯片分别连接电流采集电路、电压采集电路、温度采集电路，电流采集电路通过电流传感器与电池组连接，温度采集电路通过温度传感器与电池组连接，电压采集电路直接与电池组连接，AD芯片分别与电源模块、微处理器连接。
3.根据权利要求1或2所述的电池管理***，其特征是：微处理器还与SD卡模块相连接。
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